Door Andrew Hazleton – Bijgewerkt op 24 maart 2022

Quartz-uurwerken zijn de standaard geworden voor betrouwbare tijdwaarneming in horloges, waarbij precisie, lage kosten en een lange levensduur van de batterij worden gecombineerd. Kwartskristallen, die vaak worden aangetroffen in smartphones en andere elektronica, bieden een stabiele referentie die accuraat blijft bij temperatuur- en bewegingsvariaties.

Theorie van de werking

Een kwartskristal genereert een constante reeks elektrische pulsen met een vaste frequentie, doorgaans 32.768 trillingen per seconde (32,768 kHz). Een geïntegreerd circuit telt deze pulsen en zet het hoogfrequente signaal elke seconde om in één enkele puls. Deze puls van één seconde stuurt het display van het horloge aan en zorgt ervoor dat de tijd nauwkeurig elke seconde toeneemt.

Kwartskristal

Het hart van de beweging is een klein stukje siliciumdioxide, vervaardigd of van natuurlijke oorsprong. Dit kristal is in een specifieke richting gesneden waardoor het piëzo-elektrisch is, wat betekent dat het trilt wanneer er een elektrisch veld wordt aangelegd. De trillingssnelheid is zeer stabiel en blijft vrijwel onveranderd ondanks temperatuurschommelingen of mechanische belasting.

Oscillatorcircuit

Wanneer het wordt gevoed door een batterij, koppelt het oscillatorcircuit zich met het kwartskristal en produceert het de frequentie van 32,768 kHz. Omdat de resonantiefrequentie van het kristal constant is, levert de oscillator een stabiele output, ongeacht spanningsschommelingen of beweging, waardoor het horloge een betrouwbare tijdbasis krijgt.

Verdeel-door-circuit

De uitgang van de oscillator voedt een teller die 32.768 ingangspulsen telt voordat een enkele uitgangspuls wordt uitgezonden. Hiervoor wordt een 15-bits teller gebruikt en de resulterende puls vindt precies één keer per seconde plaats. Deze deelstap vertaalt het hoogfrequente kristalsignaal in een bruikbare tik van één seconde.

Tijdweergave

Quartz-horloges kunnen analoge of digitale displays hebben. Bij een analoog horloge verplaatst een miniatuurstappenmotor de secondewijzer bij elke puls met 1/60 van de wijzerplaat. Bij een digitaal horloge worden de tweede cijfers bij elke puls met één verhoogd, waardoor een vloeiende, nauwkeurige tijdaflezing ontstaat.